一种扇形波束平面透镜天线制造技术

本发明专利技术公开了一种扇形波束平面透镜天线，包括：馈源天线和相移表面，其中，所述相移表面能够将三维立体结构介质透镜中非均匀分布的折射率映射为平面透镜表面相移梯度的差异，所述相移表面还包括相移单元。本发明专利技术通过8种相移单元代替全部相移值，引入相移梯度因子使得透镜在两个主平面上的聚焦性能形成差异进而形成扇形波束，按照平面透镜各点计算公式得出每个位置所需相移，并将相移单元按规律排列，在简化结构的同时大幅提高了馈源天线的增益，得到的辐射波束为扇形，整体尺寸小、重量轻、易集成、易加工。易加工。易加工。

【技术实现步骤摘要】
一种扇形波束平面透镜天线


[0001]本专利技术涉及无源器件中的天线
，尤其涉及一种扇形波束平面透镜天线。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术在交通、医疗、安检等领域的普及与发展，越来越多的学者开始专注于研究适用于不同应用场景的高性能天线。毫米波扇形波束天线能够辐射出扇形波束，具有覆盖范围广、抗干扰能力强等特点，在扫描定位追踪、医学成像、防撞雷达等领域具有独特优势。随着超材料的出现以及加工水平的提高，加载透镜成为提高毫米波天线增益的重要途径。光学透镜原理为电磁透镜提供了思路，即置于透镜焦点处的点光源辐射出的球面波经透镜的折射作用转换为等相位的平面波。
[0003]在现有的技术方案中，透镜往往采用三维结构如介质球、柱状透镜等来实现良好的聚焦特性，如龙伯透镜等，但是它也具有较大的局限性，如介质透镜常有较大体积与重量，不易集成在高频电路中，因此设计高性能的基于人工电磁材料的扇形波束平面透镜天线具有较为重要的现实意义。
[0004]而在设计扇形波束天线时需要同时兼顾波束宽度与天线增益两个指标，现有技术通常无法同时满足高增益与宽波束的设计要求，透镜天线是一种性能良好的解决方案，但目前扇形波束透镜天线大多以柱形或球形透镜的形式出现，而由相移单元组成的平面透镜则更好的解决了透镜天线体积大、难以集成的问题；基于人工电磁材料的相移单元可达到的相移范围较窄，为增大其相移范围常常提高介质厚度，从而导致透镜体型笨重、难以集成。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种扇形波束平面透镜天线，用以解决现有平面透镜天线增益不高、天线体积大不易加工集成的问题。
[0006]本专利技术实施例提供了一种扇形波束平面透镜天线，包括：馈源天线和相移表面，其中，所述相移表面能够将三维立体结构介质透镜中非均匀分布的折射率映射为平面透镜表面相移梯度的差异，所述相移表面还包括相移单元。
[0007]进一步的，所述相移单元还包括依次叠加的第一导体、第一介质、第二导体、第二介质和第三导体。
[0008]进一步的，所述相移单元包括0
°
、45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
共八种，并将整个相移范围0
‑
360
°
分为相等的八份，
[0009]进一步的，所述第一导体、第二导体和第三导体为十字形或矩形结构。
[0010]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的扇形波束平面透镜天线具有以下优点：
[0011]1、本专利技术提出的扇形波束平面透镜天线相比其他扇形波束介质透镜天线增益更高，其增益最高可达32dB，相比馈源天线的增益提高了20dB，随着H面波束宽度的增加，增益会逐渐减小，但仍对馈源天线有10dB以上的增益提升；
[0012]2、本专利技术提出的扇形波束平面透镜天线的波束宽度可调，通过引入因子，在设计平面透镜时可根据需要调整引入相移梯度因子的取值，在一个主平面上波束宽度较窄且不随的值发生变化，而另一个主平面上的波束宽度则随着相移梯度因子的增大而增大，从而形成扇形波束；
[0013]3、本专利技术提出的扇形波束平面透镜天线的整体尺寸小、重量轻、易集成、易加工，与传统的介质透镜天线相比，平面透镜采用介质加导体的结构，更易集成在微波电路中，且缩小了介质体积，减轻了天线重量，表面导体可通过蚀刻得到，相比介质透镜中的钻孔、磨光等工序，平面透镜的加工工艺更加简单，降低了加工成本，能够用于制作高频透镜天线；
[0014]4、本专利技术提出的平面透镜设计灵活，扩展性强，由于平面透镜由若干相移单元构成，本专利技术设计的高性能相移单元可以根据不同的排列方式获得不同形状的波束，从而适应各种无线通信系统。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0016]图1为本专利技术实施例中提供的扇形波束平面透镜天线的侧视结构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例中相移单元的结构示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例中各平面透镜相移单元的透射系数示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例中各平面透镜相移单元的相移示意图；
[0020]图5为本专利技术实施例中馈源H面喇叭天线加载透镜前后的回波损耗示意图；
[0021]图6为本专利技术实施例中馈源H面喇叭天线加载透镜前后的两个主平面的方向图；
[0022]图7为相移梯度因子r不同时天线在E面的方向图；
[0023]图8为相移梯度因子r不同时天线在E面的方向图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0025]在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
[0026]本专利技术实施例中提供了一种扇形波束平面透镜天线，其中，平面透镜基于人工电磁材料制作，人工电磁材料为具有天然材料所不具备的超常电磁性质的人工合成材料或复
合材料，也被叫做超材料，具有体积小、重量小、易于集成、易于制造的特点。通过导体加介质的层叠结构，能够简便地实现天然材料难以实现的电磁特性，同时也降低了制作成本。
[0027]图1为本专利技术提出的扇形波束平面透镜天线的结构示意图，如图1所示，该平面透镜天线包括：馈源天线1和相移表面2，其中，馈源天线1采用扇形波束天线，例如H面喇叭天线，所述相移表面2能够将三维立体结构介质透镜中非均匀分布的折射率映射为平面透镜表面相移梯度的差异，所述相移表面2还包括相移单元。
[0028]相移表面2包括若干相移单元，厚度远小于工作波长。
[0029]具体的，所述相移单元还包括依次叠加的第一导体3、第一介质4、第二导体5、第二介质6和第三导体7，由于相移单元的厚度较薄，其厚度远小于透镜天线其它部件的尺寸，因此在应用计算中可以将其厚度忽略不计，即实际应用中将相移单元作为平面结构处理。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扇形波束平面透镜天线，其特征在于，包括：馈源天线(1)和相移表面(2)，其中，所述相移表面(2)能够将三维立体结构介质透镜中非均匀分布的折射率映射为平面透镜表面相移梯度的差异，所述相移表面(2)还包括相移单元。2.如权利要求1所述的扇形波束平面透镜天线，其特征在于，所述馈源天线(1)为扇形波束天线。3.如权利要求1所述的扇形波束平面透镜天线，其特征在于，所述相移单元还包括依次叠加的第一导体(3)、第一介质(4)、第二导体(5)、第二介质(6)和第三导体(7)。4.如权利要求3所述的扇形波束平面透镜天线，其特征在于，所述相移单元包括0
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、180
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【专利技术属性】
技术研发人员：李海明，徐泽屹，李承张，陈建平，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：